Lokakuu 19, 2020
Onshore-tuulivoimaloita löytyy kaikkialta tropiikista arktisille alueille. Kolme vuosikymmentä sitten kehittäjät alkoivat sijoittaa niitä kiinteisiin perustuksiin merellä, mikä käynnisti merituulivoimamarkkinoiden nousun, joka lisäsi uutta kapasiteettia 6,1 gigawattia vuonna 2019.
Viime aikoina tuulivoimateollisuus ryhtyi vielä kunnianhimoisempaan yritykseen: turbiinien sijoittaminen kelluville alustoille veteen kiinteiden perustusten sijaan. Nyt kaupallisen kypsyyden kynnyksellä kelluvalla tuulivoimalla on potentiaalia tulla yhdeksi tärkeimmistä uusista uusiutuvien energialähteiden markkinoista.
Mitä kelluva merituulivoima sitten on?
Se on pitkälti juuri sitä, miltä se kuulostaa. Sen sijaan, että tuulivoimala sijoitettaisiin kiinteälle perustukselle mereen, se kiinnitetään rakenteeseen, joka kelluu vedessä. Rakenne kiinnitetään merenpohjaan, jotta se ei pääse ajautumaan rannalle tai laivaväylälle.
Tämän päivän kelluvien tuulivoimaloiden suunnittelussa käytetään tavallisia offshore-turbiineja, vientikaapeleita ja laitoksen tasapainomateriaaleja. Keskeinen ero kelluvan ja kiinteän perustuksen omaavan merituulivoiman välillä on se, että jälkimmäinen rajoittuu enintään noin 165 jalan vesisyvyyteen.
Miten kelluva merituulivoima toimii?
Turbiinien pitämiseksi pystyssä kelluvat perustukset perustuvat jäävuoren periaatteeseen: Suurin osa massasta on veden alla.
Skotlannin Hywindissä, joka on tällä hetkellä maailman ainoa kaupallinen kelluva tuulivoimapuisto, jokaisen Siemens SWT-6.0-154 -turbiinin tornin päämassa on noin 350 tonnia, ja se seisoo perustuksen päällä, jossa on noin 6 060 tonnia kiinteää painolastia ja jonka siirtymä on noin 13 230 tonnia.
Edellyttäen, että turbiinin alla oleva vesi on riittävän syvää, perustuksen muodolla ei ole välttämättä suurta merkitystä. Käytännössä kelluvien perustusten kehittäjät ovat kuitenkin keskittyneet malleihin, jotka ovat halpoja rakentaa ja helppoja käsitellä käytön ja huollon näkökulmasta.
Tällöin mielikuvitukselle jää vielä paljon tilaa: Jokaisella kehittäjällä on erilainen konsepti ja vakuuttavat perustelut sille, miksi se on paras. Neljä perusmallia johtaa tällä hetkellä markkinoita.
Öljyn- ja kaasuteollisuudesta saamaansa kokemukseen nojautuen Equinor (entinen Statoil) on perustanut uraauurtavan Hywind- kelluvan lauttansa tukipoijurakenteeseen, jonka vakaus perustuu painovoimaan. Haruspoiju kootaan osiin, ja se ulottuu noin 260 jalan syvyyteen merenpinnan alapuolelle, joten se soveltuu noin 310-390 jalan vesisyvyyksiin.
Muut kehittäjät, kuten Principle Power ja Hexicon, suosivat puoliksi uppoavaa alustarakennetta, jonka vakaus perustuu kelluvuuteen ja joka soveltuu matalampiin syväyksiin. Kriitikot huomauttavat, että rakenteiden suuri koko voi rajoittaa niiden ohjattavuutta satamissa.
Kolmas ranskalaisen Ideol-perustusten valmistajan suosima malli on nelikulmainen proomu, joka sisältää vaimennusaltaan turbiinin vakauden ylläpitämiseksi. Puoliksi upotettavan mallin tavoin tämäkin soveltuu matalampiin vesiin, ja Ideol mainostaa, että sen betonivalmistus on paikallisen sisällön kannalta kätevää.
Viimeiseksi, konsepti nimeltä jännitysjalka-alusta luottaa kireään kiinnitysjärjestelmään vakauden takaamiseksi. Tämä mahdollistaa rakenteen pienemmän fyysisen jalanjäljen ja mahdollisesti halvemman hinnan kuin kilpailevilla malleilla. Tanskalainen yritys Stiesdal Offshore Technologies johtaa tämän konseptin kehittämistä tuotteella nimeltä TetraSpar.
Mikä näistä malleista voittaa?
Equinor oli ensimmäinen yritys, joka rakensi kaupallisessa mittakaavassa kelluvan tuulipuiston, ja tähän mennessä sen Hywind-malli on ainoa, jolla on merkittävää toiminnallista kokemusta.
Norjalainen energiajätti väittää pystyneensä leikkaamaan kustannuksia jopa 70 prosenttia Skotlannin rannikon edustalla toteutetun ensimmäisen esittelyhankkeensa ja 30 megawatin kaupallisen tuulipuistonsa välillä. Se odottaa leikkaavansa perustamiskustannuksia jopa 50 prosenttia lisää Tampenissa, 88 MW:n hankkeessa, joka on tarkoitus ottaa käyttöön Norjan rannikon edustalla vuonna 2022.
Helmikuussa Equinorin kelluvan tuulivoiman kehityspäällikkö Sebastian Bringsværd mainitsi kustannustavoitteeksi 40-60 euroa (44-66 dollaria) megawattituntia kohti vuoteen 2030 mennessä. Nämä nopeat kustannusten alennukset voisivat antaa Equinorille yliotteen tulevissa kelluvan merituulivoiman tarjouskilpailuissa.
Mutta IHS Markitin toukokuussa 2019 keräämässä analyysissä tulevista hankeluvuista todettiin, että 90 prosenttia kelluvan merituulivoiman kapasiteetista asennetaan todennäköisesti puoliksi uppoaville alustoille, ja Principle Power johtaa markkinoita.
Miten kelluvat merituulivoimalat asennetaan?
Equinorin spar-poijuperustus on pohjimmiltaan ontto terässylinteri, joka voidaan hinata paikalle ennen kuin se täytetään osittain vedellä ja painolastilla, jotta se pysyy pystyssä. Perustuksen uusin versio tarvitsee pystyssä ollessaan vähintään 345 jalkaa vettä, mikä tarkoittaa, että turbiinin asennus tapahtuisi todennäköisesti merellä, kuten perinteisten perustusten tapauksessa.
Muuten perustusten osalta vähimmäissyvyysvaatimus on paljon alhaisempi, joten turbiinin asennus voisi tapahtua maalla, ja valmiiksi kootut turbiinit ja perustukset hinattaisiin sitten paikalle, mikä vähentäisi kustannuksia merkittävästi.
Miksi kukaan haluaisi kelluttaa tuulivoimalaa?
Turbiinien sijoittaminen kellukkeisiin antaa kehittäjälle pääsyn syvemmille vesille, mikä tarkoittaa useampia potentiaalisia hankealueita ja paljon enemmän potentiaalista kapasiteettia.
Jopa 60 prosenttia Yhdysvaltojen käytettävissä olevista merituulivoimaresursseista on kiinteän pohjan perustusturbiinien ulottumattomissa, mukaan lukien käytännössä koko länsirannikko, alan järjestön WindEuropen vuonna 2017 antaman lausunnon mukaan,
Euroopassa kelluva merituulivoima voisi tarjota 4 terawatin lisämahdollisuuden maanosan jo nyt johtavan pohjakiinnitteisen kapasiteetin lisäksi. Ja Japanissa kelluvat perustukset ovat ratkaisevassa asemassa kehitettäessä merituulivoimasektoria, joka voisi tarjota 500 gigawatin kapasiteetin.
Sen lisäksi, että kelluvalla merituulivoimalla voidaan hyödyntää laajoja hyödyntämättömiä energialähteitä, se on myös teollisesti erittäin lupaava. Yhdysvalloille se voisi olla keino päästä mukaan uusiutuvien energialähteiden alalle, jolle maa on toistaiseksi tuskin päässyt. Ja Euroopan öljy- ja kaasuyhtiöt, jotka näyttävät olevan yhä sitoutuneempia liittymään energiamurrokseen, näkevät kelluvan tuulivoiman alueena, jolla niiden olemassa oleva offshore-kokemus voi tuottaa komeaa osinkoa.
Kuka on lähdössä mukaan peliin?
Euroopan öljy- ja kaasuyhtiöt, ensinnäkin. Equinor on merkittävin esimerkki, mutta Royal Dutch Shell on nousemassa merkittäväksi toimijaksi, ja italialainen urakoitsija Saipem esitteli alustan viime vuonna.
Ranskalainen Total tuli markkinoille maaliskuussa ja hankki aiemmin tässä kuussa 20 prosentin osuuden Välimerellä sijaitsevasta Eolmed-hankkeesta, jossa käytetään Ideolin alustaa ja MHI Vestasin turbiineja.
Nämä toimijat näyttävät olevan halukkaita kilpailemaan tai muodostamaan kumppanuuksia lukuisien itsenäisten kelluvien alustojen kehittäjien, kuten Ideolin, Principle Powerin ja Stiesdal Offshoren kanssa. Samaan aikaan suuret öljy-yhtiöt saattavat ottaa hankekehitys- ja omaisuuserien omistustehtäviä. Tässä suhteessa ne voisivat kilpailla Ørstedin ja Iberdrolan kaltaisten vakiintuneiden merituulipuistojen kehittäjien kanssa.
Ørsted ei ole vielä paljastanut kelluvia merituulipuistosuunnitelmia, mutta EDP Renewables ja Engie ovat yhdistäneet voimansa WindFloat Atlantic -hankkeessa (yhdessä espanjalaisen öljy- ja kaasuyhtiön Repsolin kanssa), ja Iberdrola ilmoitti kahdesta kokeiluhankkeesta maaliskuussa.
Loppujen lopuksi tuulivoimaloiden valmistajat. Offshore-tuuliturbiinien johtavat valmistajat, kuten Siemens Gamesa, MHI Vestas ja GE, ovat pysytelleet poissa kelluvien perustusten suunnittelun koukeroista, mutta niiden tuskin tarvitsee olla huolissaan. Niiden lanseeraamat massiiviset turbiinit on yhä useammin suunniteltu toimimaan kaukana merellä kelluvilla alustoilla, ja niiden tarjoama markkinapotentiaali on vaikuttava.
Mihin markkinat ovat menossa?
Riippumatta siitä, lähtevätkö ne liikkeelle Yhdysvalloissa, ei ole epäilystäkään siitä, etteivät kelluvat merituulivoimalat ole menossa mihinkään muualle maailmassa. Jopa lyhyellä aikavälillä se voi johtaa mielenkiintoiseen kehitykseen merituulivoiman alalla.
Amerikkalaisella Principle Power -yhtiöllä voi olla esimerkiksi johtava rooli alan kehityksessä. Japani voisi vihdoin kehittää merituulivoimaa. Ja eurooppalaiset öljy- ja kaasualan suuryritykset voisivat todella päästä omille teilleen tuulivoimatoimijoina.